BE-4
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Motor azul 4
Motor cohete Blue Origin BE-4, sn 103, abril de 2018 - Vista lateral de entrada LCH4.jpg
BE-4 en cuna de transporte
País de origenEstados Unidos
FabricanteOrigen azul
PredecesorBE-3 [1]
Motor de combustible líquido
PropulsorOxígeno líquido / gas natural licuado
En desarrollo
Rendimiento
Empuje (SL)2,4 MN (240 t f ; 540 000 lbf)
Presión de la cámara134 bar (1.940 psi; 13,4 MPa)
Rango de cardán± 5 °
Utilizada en
Vulcan Centaur
New Glenn

El Blue Engine 4 [2] o BE-4 es un motor cohete de combustión por etapas [4] rico en oxígeno [3] alimentado con gas natural licuado [4] que está siendo desarrollado por Blue Origin . El BE-4 se está desarrollando con financiación pública y privada. [5] El motor ha sido diseñado para producir 2,4 meganewtons (550.000  lbf ) de empuje al nivel del mar. [6]

Inicialmente se planeó que el motor se usara exclusivamente en un vehículo de lanzamiento patentado por Blue Origin , New Glenn , el primer cohete orbital de la compañía. Sin embargo, en 2014 se anunció que el motor también se utilizaría en el vehículo de lanzamiento Vulcan Centaur de United Launch Alliance (ULA) , el sucesor del vehículo de lanzamiento Atlas V. [7] La selección final del motor por parte de ULA tuvo lugar en septiembre de 2018. [8]

Aunque anteriormente se planeó volar en 2019, la primera prueba de vuelo del nuevo motor ahora se espera no antes de 2022 en el cohete Vulcan. El motor funciona con cuatro años de retraso en agosto de 2021 , y Blue ha experimentado una serie de problemas, tanto técnicos como de gestión, con el programa de desarrollo del motor, lo que ha dejado el motor aún sin estar calificado para vuelo. Los motores de vuelo no se entregarán a ULA antes de finales de 2021, y quizás no hasta principios de 2022. [5]

Historia

Tras la adquisición de Aerojet de Pratt & Whitney Rocketdyne en 2012, el presidente de Blue Origin, Rob Meyerson, vio la oportunidad de llenar un vacío en la base industrial de defensa. [9] Blue Origin entró públicamente en el negocio de los motores de cohetes líquidos asociándose con ULA en el desarrollo del BE-4 y trabajando con otras empresas. Meyerson anunció la selección de Huntsville, AL como la ubicación de la fábrica de producción de cohetes de Blue Origin en junio de 2017. [10]

Blue Origin comenzó a trabajar en el BE-4 en 2011, [ cita requerida ] aunque no se hizo ningún anuncio público hasta septiembre de 2014. [11] Este es su primer motor para quemar oxígeno líquido y propelentes de gas natural licuado . En septiembre de 2014, en una elección etiquetada como "una maravilla" por SpaceNews [12] , el gran fabricante de vehículos de lanzamiento y proveedor de servicios de lanzamiento United Launch Alliance seleccionó el BE-4 como el motor principal para un nuevo vehículo de lanzamiento primario. [12] Blue Origin dijo que el "BE-4 estaría 'listo para volar' en 2017". [5]

A abril de 2015, el trabajo de desarrollo del motor se estaba llevando a cabo en dos programas paralelos. Un programa está probando versiones a gran escala del paquete de energía BE-4 , que son el conjunto de válvulas y turbobombas que proporcionan la mezcla adecuada de combustible / oxidante a los inyectores y la cámara de combustión. El segundo programa está probando versiones de subescala de los inyectores del motor. [13] También a principios de 2015, la compañía indicó que planea comenzar las pruebas del motor a gran escala a fines de 2016, y que espera completar el desarrollo del motor en 2017. [13]

En septiembre de 2015, Blue Origin había completado más de 100 pruebas de desarrollo de varios elementos del BE-4, incluido el prequemador y una " cámara de empuje refrigerada de forma regenerativa que utiliza múltiples elementos inyectores a gran escala". Las pruebas se utilizaron para confirmar las predicciones del modelo teórico de "rendimiento del inyector, transferencia de calor y estabilidad de la combustión ", y los datos recopilados se están utilizando para perfeccionar el diseño del motor. [14] Hubo una explosión en el banco de pruebas durante 2015 durante la prueba de la unidad de potencia. Blue Origin construyó dos bancos de pruebas más grandes y redundantes para seguir, capaces de probar todo el empuje del BE-4. [15]

En enero de 2016, Blue Origin anunció que tenían la intención de comenzar a probar motores completos del BE-4 en bancos de pruebas en tierra antes de finales de 2016. [16] Después de una visita a la fábrica en marzo de 2016, el periodista Eric Berger señaló que una gran parte de "La fábrica de Blue Origin se ha dedicado al desarrollo del Blue Engine-4". [7]

Inicialmente, se planearon las versiones de primera y segunda etapa del motor. La segunda etapa del diseño inicial de New Glenn debía haber compartido el mismo diámetro de etapa que la primera etapa y utilizar un único BE-4 optimizado al vacío, el BE-4U . [17] En el caso, se apartaron de este plan.

El primer motor se ensambló completamente en marzo de 2017. [18] También en marzo, United Launch Alliance indicó que el riesgo económico de la opción de selección del motor Blue Origin se había retirado, pero que el riesgo técnico en el proyecto permanecería hasta una serie de Las pruebas de encendido del motor se completaron más tarde en 2017. [19] Se produjo una anomalía en la prueba el 13 de mayo de 2017 y Blue Origin informó que perdieron un conjunto de hardware del paquete de energía. [20]

En junio de 2017, Blue Origin anunció que construirían una nueva instalación en Huntsville, Alabama para fabricar el gran motor de cohete criogénico BE-4 . [21] [ necesita actualización ]

El BE-4 se puso a prueba por primera vez, al 50% de empuje durante 3 segundos, en octubre de 2017. [22] En marzo de 2018, el motor BE-4 había sido probado al 65% del empuje de diseño durante 114 segundos [23] con un objetivo expresado en mayo de lograr el 70% del impulso de diseño en los próximos meses. [24] En septiembre de 2018, se habían completado varios cientos de segundos de pruebas del motor, incluida una prueba de más de 200 segundos de duración. [25]

Blue Origin BE-4 motor de cohete cabezal de potencia y la cámara de combustión, abril de 2018- licuado gas natural vista lateral de entrada. Este fue el primer motor BE-4 en ser probado en caliente; la prueba tuvo lugar el 18 de octubre de 2017.

En octubre de 2018, el presidente de Blue Origin, Bob Smith, anunció que el primer lanzamiento del New Glenn se había trasladado a 2021, [26] que será la primera prueba de vuelo del BE-4.

Para febrero de 2019, el BE-4 había adquirido un total de 1800 segundos de prueba de fuego caliente en bancos de prueba en tierra, pero aún no se había probado por encima de 1.8 meganewtons (400,000 lbf) libras de empuje, aproximadamente el 73 por ciento del empuje nominal del motor de 2,4 MN (550.000 lbf). [27]

En agosto de 2019, Blue Origin anunció que BE-4 se estaba sometiendo a pruebas de motor a plena potencia. [28]

En julio de 2020, se entregó el primer Pathfinder BE-4 a United Launch Alliance para realizar pruebas de integración con Vulcan Centaur. [29] [30]

En agosto de 2020, el CEO de ULA, Tory Bruno, declaró que la segunda prueba BE-4 se entregaría pronto, seguida rápidamente por las primeras calificadas para vuelo. [31] Señaló un problema en curso con las turbobombas del BE-4. En ese momento, Blue Origin todavía estaba solucionando los problemas de las bombas de 75,000 caballos de fuerza que llevan combustible a la cámara de combustión principal del BE-4, dijo Bruno, y agregó que confiaba en que los problemas se resolverían pronto. [32] En octubre, Bruno declaró que el problema se resolvió y que el motor se puso en producción; [33] pero no fue así.

Para agosto de 2021, quedó claro, incluso públicamente, que el programa de motores BE-4 estaba en problemas. Se habían acumulado retrasos en el programa durante cuatro años, incluidos problemas de turbobomba , inestabilidad de la combustión , sobrecalentamiento y una vida útil del motor más corta de lo planeado. Además, los problemas de gestión de la empresa han dejado un hardware insuficiente para construir motores de desarrollo, lo que ha provocado períodos prolongados en los que no se pudieron realizar pruebas, así como problemas relacionados con el director ejecutivo de la empresa, Bob Smith, y la distracción del propio Jeff Bezos. Blue ha tenido dificultades para hacer que los motores funcionen correctamente a plena potencia durante una combustión de duración completa. La empresa tomó recientemente la "decisión arriesgada" [5].para enviar los motores de vuelo, que actualmente no están completamente ensamblados, a su cliente, ULA, antes de que hayan completado las pruebas de calificación completas, cuya entrega aún puede ser a principios de 2022 en lugar de las fechas prometidas anteriormente. Según el periodista espacial Eric Berger de Ars Technica , la relación con ULA se ha deteriorado, en parte porque Blue intentó renegociar por un precio más alto en 2017 que el acordado en 2014. [5]

Aplicaciones

Para 2017, el BE-4 se estaba considerando para su uso en dos vehículos de lanzamiento que estaban en desarrollo. Antes de esto, también se estaba considerando un derivado modificado del BE-4 para el avión espacial experimental XS-1 para un proyecto militar de EE. UU. , [ Cita requerida ] pero no fue seleccionado. Para 2018, fue el motor seleccionado para los vehículos de lanzamiento Blue Origin New Glenn y ULA Vulcan.

Vulcano

Más información: Vulcan Centaur

A finales de 2014, Blue Origin firmó un acuerdo con United Launch Alliance para desarrollar conjuntamente el motor BE-4 y comprometerse a utilizar el nuevo motor en el vehículo de lanzamiento Vulcan , un sucesor del Atlas V , que reemplazaría al de fabricación rusa. Motor RD-180 . [12] Vulcan utilizará dos de los motores BE-4 de 2,4 MN (550.000 lbf) en cada primera etapa . El programa de desarrollo de motores comenzó en 2011. [1] [34] [11]

El anuncio de la asociación con ULA se produjo después de meses de incertidumbre sobre el futuro del motor ruso RD-180 que se ha utilizado en el cohete ULA Atlas V durante más de una década. Surgieron preocupaciones geopolíticas que crearon serias preocupaciones sobre la confiabilidad y consistencia de la cadena de suministro para la adquisición del motor ruso. [35] Inicialmente, ULA esperaba el primer vuelo del nuevo vehículo de lanzamiento no antes de 2019 [11] [12] pero para 2018, ese objetivo se había trasladado a 2021. [36]

Desde principios de 2015, el BE-4 había estado compitiendo con el motor AR1 para el programa de reemplazo Atlas V RD-180. Mientras que el BE-4 es un motor de gas natural licuado, el AR1, como el RD-180, funciona con queroseno . [37] En febrero de 2016, la Fuerza Aérea de EE. UU. Emitió un contrato que proporciona financiamiento de desarrollo parcial de hasta 202 millones de dólares estadounidenses a ULA para respaldar el uso del motor Blue BE-4 en el vehículo de lanzamiento ULA Vulcan . [38] [39]

Inicialmente, sólo US $ 40,8 millones de debía desembolsarse por el gobierno con US $ 40,8 millones de adicional para ser pasado por una filial de la ULA en Vulcano desarrollo BE-4. [40] Aunque US $ 536 millones era el monto original del contrato de la USAF con Aerojet Rocketdyne (AJR) para avanzar en el desarrollo del motor AR1 como una alternativa para impulsar el cohete Vulcan, [38] en junio de 2018, la USAF había renegociado el acuerdo con AJR. y disminuyó la contribución de la Fuerza Aérea, 5/6 del costo total, a US $ 294 millones . AJR no invirtió fondos privados adicionales en el esfuerzo de desarrollo del motor después de principios de 2018. [25]

Bezos señaló en 2016 que el vehículo de lanzamiento Vulcan se está diseñando en torno al motor BE-4; El cambio de ULA al AR1 requeriría retrasos significativos y dinero por parte de ULA. [41] Este punto también lo habían hecho los ejecutivos de ULA, quienes aclararon que es probable que el BE-4 cueste un 40% menos que el AR1, además de beneficiarse de la capacidad de Bezos para "tomar decisiones de inversión en una fracción de segundo en nombre de BE -4, y ya ha demostrado su determinación de llevarlo a cabo. [Mientras que] AR1, por el contrario, depende principalmente del respaldo del gobierno de EE. UU., Lo que significa que Aerojet Rocketdyne tiene muchos números de teléfono para marcar para ganar apoyo ". [42]

New Glenn

Artículo principal: New Glenn

El motor se utilizará en el vehículo de lanzamiento orbital grande Blue Origin New Glenn , un vehículo de lanzamiento orbital de dos etapas de 7.0 metros (23 pies) de diámetro con una tercera etapa opcional y una primera etapa reutilizable . El primer vuelo y prueba orbital está previsto para no antes de finales de 2022, [43] aunque la compañía había esperado anteriormente que el BE-4 pudiera probarse en un vuelo de cohete ya en 2020. [17]

La primera etapa estará propulsada por siete motores BE-4 y será reutilizable , aterrizando verticalmente . La segunda etapa de New Glenn compartirá el mismo diámetro y utilizará dos motores Hydrolox optimizados al vacío BE-3 . [44] La segunda etapa será prescindible . [17]

XS-1

Más información: XS-1 (nave espacial)

Boeing obtuvo un contrato para diseñar y construir el avión espacial reutilizable DARPA XS-1 en 2014. El XS-1 debía acelerar a velocidad hipersónica en el borde de la atmósfera de la Tierra para permitir que su carga útil alcanzara la órbita. [45] En 2015, se creía que un derivado modificado del motor BE-4 iba a impulsar la nave. [46] En 2017, la adjudicación del contrato seleccionó en su lugar el motor Aerojet Rocketdyne AR-22 derivado del RS-25 y el XS-1 se canceló en 2020. [47] [48]

Disponibilidad y uso

Blue Origin ha indicado que tienen la intención de hacer que el motor esté disponible comercialmente, una vez que se complete el desarrollo, para empresas más allá de ULA, y también planea utilizar el motor en el nuevo vehículo de lanzamiento orbital de Blue Origin. [35] En marzo de 2016, Orbital ATK también estaba evaluando motores Blue para sus vehículos de lanzamiento. [7] [ necesita actualización ]

El BE-4 utiliza gas natural licuado en lugar de los combustibles para cohetes más utilizados, como el queroseno . Este enfoque permite la presurización autógena , que es el uso de propulsor gasificado para presurizar el propulsor líquido. Esto es beneficioso porque elimina la necesidad de sistemas de presurización que requieren el almacenamiento de un gas de presurización, como el helio.

Aunque todos los primeros componentes BE-4 y motores completos para respaldar el programa de prueba se construyeron en la ubicación de la sede de Blue en Kent, Washington, la producción del BE-4 se realizará en Huntsville, Alabama. [49] Las pruebas y el soporte de los BE-4 reutilizables se llevarán a cabo en las instalaciones de lanzamiento orbital de la compañía en Exploration Park en Florida , donde Blue Origin está invirtiendo más de 200 millones de dólares estadounidenses en instalaciones y mejoras. [41]

Especificaciones técnicas

El BE-4 es un motor de combustión por etapas , con un solo prequemador rico en oxígeno y una sola turbina que impulsa las bombas de combustible y oxígeno. [4] El ciclo es similar al RD-180 alimentado con queroseno que se usa actualmente en el Atlas V , aunque solo usa una cámara de combustión y una boquilla.

El BE-4 está diseñado para una larga vida útil y alta confiabilidad, en parte con el objetivo de que el motor sea una "versión de rendimiento medio de una arquitectura de alto rendimiento". [7] Los cojinetes hidrostáticos se utilizan en las turbobombas en lugar de los cojinetes de bolas y de rodillos más típicos específicamente para aumentar la confiabilidad y la vida útil. [50]

  • Empuje (nivel del mar): 2,4  MN (550.000  lbf ) a plena potencia [50] [11]
  • Presión de la cámara: 13,4 MPa (1950 psi), sustancialmente más baja que los 26 MPa (3700 psi) del motor RD-180 que ULA quiere reemplazar [7]
  • Diseñado para ser reutilizado: hasta 100 vuelos y aterrizajes [7] [50] [51] [52]
  • Rellegable en vuelo mediante el arranque de la turbina a presión de cabeza durante la marcha libre [15]
  • Capacidad de aceleración profunda al 65% de potencia o menos [53]

Ver también

  • BE-3 : motor de hidrógeno actualmente en funcionamiento por Blue Origin
  • Raptor : motor de metano en desarrollo por SpaceX
  • Merlin : motor operativo alimentado con queroseno de SpaceX
  • RD-180 : motor ruso moderno de queroseno de tamaño comparable
  • Comparación de motores de cohetes orbitales

Referencias

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  49. ↑ Emre Kelly (26 de junio de 2017). "Blue Origin selecciona Alabama para la producción de motores de cohetes, poniendo fin a las esperanzas de Florida" . Florida Today. Archivado desde el original el 26 de marzo de 2021 . Consultado el 12 de julio de 2017 .
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  51. ↑ @CHenry_QA (25 de junio de 2018). "Corrección de Ariane: la primera etapa de New Glenn puede hacer 25 misiones, motores BE-4 diseñados para 100 vuelos cada uno" (Tweet). Archivado desde el original el 26 de marzo de 2021 . Consultado el 27 de mayo de 2019 a través de Twitter .[se necesita fuente no primaria ]
  52. ↑ Sheetz, Michael (18 de abril de 2018). "El nuevo motor de cohete de Blue Origin podrá lanzar '100 misiones completas', dice el CEO" . CNBC. Archivado desde el original el 27 de mayo de 2019 . Consultado el 27 de mayo de 2019 .
  53. ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 28 de septiembre de 2018 . Consultado el 14 de marzo de 2018 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )

enlaces externos

  • Declaración de ULA de febrero de 2016 tras la financiación parcial de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Para el desarrollo de BE-4
  • BE-4 en cuna de transporte
  • Irene Klotz (27 de octubre de 2017). "Blue Origin enciende el motor de cohete de combustible de metano BE-4" . Semana de la aviación y tecnología espacial . Blue Origin marca el primer incendio exitoso del motor cohete BE-4.
  • Vídeo de actualización de BE-4 , Blue Origin, febrero de 2020.
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